NEUE ENERGIEN 2020 - Energieforschung
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Neue Energien 2020 - 5. Ausschreibung
Klima- und Energiefonds des Bundes – Abwicklung durch die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG
NEUE ENERGIEN 2020
Publizierbarer Endbericht
Programmsteuerung:
Klima- und Energiefonds
Programmabwicklung:
Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbH (FFG)
Endbericht
erstellt am
16/09/2013
SMART CAMPUS
Entwicklung eines multiplizierbaren Nutzereinbindungskonzeptes
anhand des Smart Campus der Wien Energie Stromnetz GmbH
Projektnummer: 834678
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Neue Energien 2020 - 5. Ausschreibung
Klima- und Energiefonds des Bundes – Abwicklung durch die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG
Ausschreibung 5. Ausschreibung NEUE ENERGIEN 2020
Projektstart 01/11/2011
Projektende 30/6/2013
Gesamtprojektdauer
20 Monate
(in Monaten)
ProjektnehmerIn Wien Energie Stromnetz GmbH
(Institution) nunmehr: Wiener Netze GmbH
AnsprechpartnerIn Peter Steczowicz
Postadresse Mariannengasse 4 – 6, 1090 Wien
Telefon +43 (0) 1 90190/30460
Fax +43 (0) 1 90190/30499
E-mail peter.steczowicz@wienernetze.at
Website http://www.wienenergie-stromnetz.at
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Klima- und Energiefonds des Bundes – Abwicklung durch die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG
SMART CAMPUS
Entwicklung eines multiplizierbaren Nutzereinbindungskonzeptes anhand des Smart Campus der Wien
Energie Stromnetz GmbH
AutorInnen:
Peter Steczowicz, Monika Wührer | Wien Energie Stromnetz GmbH
Margot Grim, Gerhard Hofer, Barbara Jörg | e7 Energie Markt Analyse GmbH
Bernhard Herzog | M.O.O.CON GmbH
Regine Müller | Cure - Center for Usability Research & Engineering
Michael Pühringer | AMS Engineering GmbH
Philipp Stuppnik | cTrixs International GmbH
Heimo Zeilinger | TU Wien - Institut für Computertechnik
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Klima- und Energiefonds des Bundes – Abwicklung durch die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG
1 Inhaltsverzeichnis
1 Inhaltsverzeichnis ..............................................................................................................................4
2 Einleitung ...........................................................................................................................................5
2.1 Hintergrund ................................................................................................................................5
2.2 Aufgabenstellung .......................................................................................................................5
2.3 Schwerpunkte des Projektes ......................................................................................................6
2.4 Einordnung in das Programm .....................................................................................................7
2.5 Verwendete Methoden ...............................................................................................................7
2.6 Aufbau der Arbeit .......................................................................................................................8
3 Inhaltliche Darstellung ........................................................................................................................9
3.1 NutzerInnenbefragung unter den MitarbeiterInnen des Smart Campus ......................................9
3.1.1 Methodische Vorgehensweise .............................................................................................9
3.1.2 Ergebnisse ..........................................................................................................................9
3.2 Technologieanalyse .................................................................................................................10
3.3 Auswirkungen des NutzerInnenverhaltens auf den Energieverbrauch ......................................11
3.3.1 Randbedingungen der Nutzungsszenarien ........................................................................11
3.4 Lebenszykluskostenberechnung ..............................................................................................13
3.4.1 Kostenerhebung ................................................................................................................13
3.4.2 Ergebnis des Variantenvergleichs .....................................................................................15
3.5 Entscheidung des Bauherren ...................................................................................................15
3.6 Integration in den Planungsprozess .........................................................................................16
3.6.1 Vorstellung des Forschungsprojektes im Planungsverlauf .................................................16
3.6.2 Durchführung der Simulation durch Simulationsingenieure ...............................................17
3.6.3 Erstellung des Lastenheftes ..............................................................................................17
4 Ergebnisse und Schlussfolgerungen ................................................................................................22
5 Ausblick und Empfehlungen .............................................................................................................23
6 Literaturverzeichnis ..........................................................................................................................23
7 Kontaktdaten ....................................................................................................................................27
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Klima- und Energiefonds des Bundes – Abwicklung durch die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG
2 Einleitung
2.1 Hintergrund
Die Wien Energie Stromnetz GmbH plante den Neubau einer Unternehmenszentrale in Wien Simmering.
Durch die Zusammenführung der Energienetze in der Wiener Netze GmbH wird es nun ein Gebäude der
Wiener Netze. Das Forschungsprojekt wurde noch als Wien Energie Stromnetz durchgeführt.
Wien Energie Stromnetz unterstützt als Netzbetreiber nicht nur KundInnen beim Energiesparen, sondern
verfolgt beim Neubau auch selbst Energieeffizienzziele. Gleichzeitig stehen als Netzbetreiber in naher
Zukunft große Herausforderungen an: Der Betrieb von Smart Grids erfordert die Steuerung von
dezentralen Einspeisern, intelligente Lastverteilung und Informationen von EndverbraucherInnen, die mit
einem Smart Meter ausgestattet sind. Dadurch sollen auch das Erreichen von Klimaschutz- und
Energieeffizienzzielen unterstützt werden.
Aus beiden Anforderungen des Kerngeschäfts wurde die Idee des Smart Campus geboren (Darstellung
des Gebäudeentwurfs in Abbildung 1): Dies bedeutet hohe Anforderung an Energieeffizienz und
Funktion bei Planung und Errichtung, geringe Betriebskosten in der Gebäudenutzung sowie aktive
Einbindung der NutzerInnen des Gebäudes in Maßnahmen zur Senkung des Energieverbrauchs durch
Nutzung von „smarten“ Gebäudetechnologien.
Abbildung 1: Wettbewerbssieger Smart Campus (Quelle: Holzbauer und Partner ZT – GmbH)
2.2 Aufgabenstellung
In Bestandsgebäuden sowie bei aktuellen Neubauten ist die Eingriffsmöglichkeit von NutzerInnen bei
Energiesparmaßnahmen nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich. Oft sind nur zentrale
GebäudebetreiberInnen im Bereich des Facility Management mit Agenden der Steuerung der
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Haustechnik betraut. Durch die fehlende oder inadäquate Steuerung durch die NutzerInnen gehen
Energieeffizienzpotenziale und Komfortmöglichkeiten verloren.
Smarte Gebäude mit intelligenter Haustechnik haben Auswirkungen auf alle drei Säulen der
Nachhaltigkeit. Intelligente Haustechnik soll dazu führen, dass Betriebskosten, insbesondere
Energiekosten, eingespart werden und Energie und CO2-Emissionen reduziert werden können.
Gleichzeitig können durch die Möglichkeit der Interaktion mit den NutzerInnen die Akzeptanz und die
Zufriedenheit mit dem Gebäude gesteigert werden und die MitarbeiterInnen zum Energiesparen motiviert
werden. Das kann durch geeignete Visualisierung des Energieverbrauchs und Informationen zu
Handlungsanleitungen erfolgen.
Abbildung 2: Interaktion zwischen Mensch, Objekt und Organisation (Quelle: M.O.O.CON GmbH)
Die Aufgabenstellung ist daher, die Interaktion zwischen Mensch, Objekt und Organisation so zu
definieren, dass Maßnahmen zur Energieeinsparung im Gebäude umgesetzt werden können. Die
NutzerInnen im Gebäude sollen durch geeignete Informationen, Feedback und Schulungen in ihrem
Handlungsbereich zu Energiesparmaßnahmen angeregt werden. Gleichzeitig können die
MitarbeiterInnen Feedback zum Gebäudebetrieb geben, sodass im Facility Management
Optimierungsmaßnahmen gesetzt werden können. Die Organisation soll strukturell analysiert werden
können, um auch hier Einsparmaßnahmen zu identifizieren. Beispielsweise können durch
Betriebszeiten, Komfortniveaus oder Spitzenlastmanagement Energieverbräuche und Energielasten
reduziert werden. Die Organisation soll im Rahmen der Beauftragung des Gebäudebetriebs dafür
sorgen, dass das Objekt unter Zuhilfenahme der Informationen des Gebäudes und der NutzerInnen
einen energieeffizienten Betrieb des Gebäudes gewährleistet (Abbildung 2).
2.3 Schwerpunkte des Projektes
Die Schwerpunkte des Projektes lagen bei folgenden Punkten:
• Dem Durchführen einer NutzerInnenbefragung um herzauszufinden, ob und unter welchen
Bedingungen die MitarbeiterInnen der Wienenergie Stromnetz GmbH ein Feedback System
akzeptieren.
• Dem Abschätzen der energetischen Auswirkungen des NutzerInnenverhaltens.
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• Dem Prüfen der technischen Machbarkeit des gewünschten Systems.
• Der Gegenüberstellung der Lebenszykluskosten unterschiedlicher Systemvarianten.
• Der Integration der ausgewählten Variante in die Planung des Smart Campus.
• Der Erstellung eines Leitfadens für weitere Bauvorhaben am Beispiel Smart Campus zur
Multiplizierung einer nutzerInnenzentrierten Gebäudeautomation.
2.4 Einordnung in das Programm
Das Forschungsprojekt deckt im Wesentlichen zwei Programmschwerpunkte der 5. Ausschreibung von
„Neue Energien 2020“ ab. Einerseits das Thema „Intelligente Informations- und Kommunikationssysteme
(IKT)“ und andererseits das Thema „Energieeffizienz“
• Intelligente Informations- und Kommunikationssysteme (IKT): Das vorliegende Projekt behandelt
Lösungen, die den NutzerInnen eines Gebäudes intelligentes Eingreifen in die
Gebäudesteuerung ermöglichen und damit einen positiven Beitrag zur Energieeffizienz leisten.
Dies wird am Beispiel Smart Campus durchgeführt, soll aber für weitere Bauprojekte anwendbar
sein. Um dies zu schaffen werden in diesem Forschungsprojekt die NutzerInnenakzeptanz, die
technische Machbarkeit und die Wirtschaftlichkeit solcher Systeme untersucht.
• Energieeffizienz: Ziel des vorliegenden Projektes ist es, einen Beitrag zu den Möglichkeiten der
energetischen Optimierung von Gebäuden unter Einbeziehung der GebäudenutzerInnen zu
liefern. Durch die Einbindung der NutzerInnen sollen ein Mehrverbrauch durch falsches Betreiben
des Gebäudes verhindert werden.
Die Ergebnisse des Projektes dienen konkret zur Optimierung des Smart Campus der Wien
Energie Stromnetz GmbH, sind aber auch multiplizierbar für weitere Bauvorhaben.
2.5 Verwendete Methoden
Neben Literaturrecherchen und Analysen kommen im vorliegenden Projekt Methoden der empirischen
Sozialforschung, Gruppen-Moderationstechniken, Gebäudesimulationen sowie eine
Lebenszykluskosten-Analyse zur Anwendung.
• Für die NutzerInnenbefragung werden unterschiedliche Techniken verwendet, um die Wünsche
und Vorstellungen der künftigen NutzerInnen zu erheben. Experteninterviews, Workshops mit
Fokusgruppen in den unterschiedlichen NutzerInnengruppen und eine Validierung mittels
Online-Befragung.
• Um die Effekte unterschiedlicher Nutzereingriffe auf den Energieverbrauch des Gebäudes
quantitativ abzuschätzen, werden Expertenanalysen und eine dynamische Gebäudesimulation
durchgeführt.
• Die Technologieanalyse wird mit Literaturrecherchen und Expertengesprächen durchgeführt.
• Für die Wirtschaftlichkeitsberechnung kommt eine Lebenszykluskosten-Analyse zum Einsatz.
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• Die Integration der Anforderungsprofile in die Planung erfolgt in Workshops mit dem
Planungsteam.
2.6 Aufbau der Arbeit
Das Projekt ist in acht Arbeitspakete gegliedert. Abbildung 3 zeigt die einzelnen Arbeitspakete, die für
die Realisierung eines smarten Gebäudes, das mit den NutzerInnen kommuniziert, notwendig sind.
Abhängig von den Rahmenbedingungen des konkreten Gebäudes Smart Campus werden die einzelnen
Schritte von NutzerInnenbefragungen (AP1) bis hin zur Integration der Erkenntnisse in den
Planungsprozess (AP6) durchgeführt. Im Arbeitspaket 7 wird ein Leitfaden erstellt, der unabhängig vom
konkreten Anwendungsbeispiel Smart Campus, die Erkenntnisse in einen Leitfaden aufbereitet um für
weitere Bauvorhaben anwendbar zu sein. AP 8 ist das Projektmanagement, das alle Partner und
Aufgaben koordiniert, damit die gesteckten Ziele auch zeitgerecht erreicht werden.
GEBÄUDE- UND
ANFORDERUNGEN
des Bauherrn an das Gebäude HAUSTECHNIKKONZEPT
des Planungsteams
Schritte zur Realisierung
eines smarten Gebäudes
Mögliche Ausstattungsvarianten
AP 1 AP 2 AP 3
NUTZERINNENBEFRAGUNG NUTZUNGSSZENARIEN TECHNOLOGIEANALYSE
PROJEKTMANAGEMENT
AP 4
LEBENSZYKLUSKOSTENANALYSE
AP 8
AP 5
ENTWICKLUNG VON ANFORDERUNGSPROFILEN
AP 6
INTEGRATION IN DEN PLANUNGSPROZESS
AP 7
LEITFADEN UND DISSEMINATION
Abbildung 3: Arbeitspakete des Forschungsprojektes (Quelle: e7)
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3 Inhaltliche Darstellung
3.1 NutzerInnenbefragung unter den MitarbeiterInnen des Smart Campus
3.1.1 Methodische Vorgehensweise
Im Smart Campus Projekt wurde die NutzerInnen-Analyse unter den drei betroffenen
NutzerInnengruppen durchgeführt. Befragt wurden AssistentInnen, WerkstättenmitarbeiterInnen,
ReferentInnen, AbteilungsleiterInnen, Prokuristen und PersonalvertreterInnen.
Für die Befragung wurden folgende Methoden ausgewählt.
■ Interviews: Zur Erhebung von Anforderungen und Einstellungen sowie zur Beurteilung von
Varianten und Szenarien für Steuerungsmöglichkeiten wurden persönliche strukturierte
Interviews mit 55 VertreterInnen der NutzerInnengruppen durchgeführt.
■ Fokusgruppen: Zur tiefergreifenden Diskussion, Ausarbeitung und Bewertung von Ideen für
Steuerungsmöglichkeiten (Kanäle, Informationen und Gestaltung des Feedbacks) wurden 3
zweistündige Fokusgruppen mit je 8 bis 10 VertreterInnen der NutzerInnengruppen durchgeführt.
■ Online-Befragung: Zur Validierung des daraus resultierenden NutzerInnenfeedback-Konzepts
wurde eine quantitative Online-Befragung unter allen betroffenen MitarbeiterInnen (ca. 1.400)
durchgeführt, um Feedback der zukünftigen Smart Campus-NutzerInnen auf breiter Basis zu
erhalten.
3.1.2 Ergebnisse
Im Folgenden werden die bisherigen Ergebnisse in Bezug auf das NutzerInnenfeedback speziell für
Büro-MitarbeiterInnen vorgestellt.
Einstellung zu Automatisierung und Eingriffsmöglichkeiten
Die Mehrheit der befragten MitarbeiterInnen hält manuelle Eingriffsmöglichkeiten auch bei gut
funktionierender Automatik für unverzichtbar. Aufgrund dieses Bedürfnisses nach Transparenz und
Kontrolle über das System zeigten die MitarbeiterInnen auch Bereitschaft, Feedback vom Gebäude zu
erhalten und ihr Verhalten selbst entsprechend auszurichten. Wichtig ist den MitarbeiterInnen, dass das
System sie nicht bevormundet. Insgesamt wünschen sich die Befragten Information und Aufklärung über
das System und darüber, wie sie Energie sparen können.
Feedback-Kanäle
Die Befragten wünschten sich Feedback und Steuerung in einem, daher soll das Feedback direkt am
Steuer-Device angezeigt werden. Unter den zur Wahl gestellten Möglichkeiten (Meldung am
Steuerungs-Panel, Meldung am PC, Benachrichtigung am Smartphone, Feedback am Tischtelefon mit
großem Display) zeigte sich eine klare Präferenz der Befragten für Feedback am Steuerungs-Panel an
der Wand. Begründungen dafür waren die leicht zugängliche, gewohnte Anbringung und der Wunsch
nach einer zentralen Steuerung bei Mehrpersonen-Büros, um Transparenz zu gewährleisten und
gegenseitiges Übersteuern zu vermeiden. Dies wäre bei individuellen Kanälen wie PC, Smartphone oder
Tischtelefon nicht gegeben.
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Gestaltung des NutzerInnen-Feedbacks
Die befragten Personen wünschen sich mehrheitlich eine Darstellung mit Symbolen und
Handlungsanweisungen mit kurzer Erklärung, um die Transparenz und das Verständnis zu unterstützen
und einen Lerneffekt zu erzielen. Eine solche Feedback-Meldung wäre z.B. „Schließen Sie bitte das
Fenster, sonst verlieren wir unnötig Wärme!“ (siehe Abbildung 4).
Abbildung 4: Beispiel einer Feedback-Meldung mit Panel (Quelle: CURE)
Rund ein Viertel der Befragten wünschte sich explizit ein akustisches Signal, um Aufmerksamkeit zu
wecken. Das akustische Signal soll angenehm und deutlich vernehmbar, aber nicht störend sein. Ein
Teil der Befragten lehnte ein akustisches Signal ab. Daraus kann abgeleitet werden, dass ein
akustisches Signal, das jedoch pro Gerät deaktiviert werden kann, optimal wäre.
Das NutzerInnenfeedback zeigt Rückmeldungen in zwei Alarmstufen an und gibt positive Rückmeldung.
3.2 Technologieanalyse
Für die technische Umsetzung eines NutzerInnenfeedbacks ergeben sich Anforderungen an die Art des
Kontrollgeräts, der Sensorik/Aktorik sowie an das Feedback-Medium. Für das Kontrollgerät ging aus den
Befragungen hervor, dass es sich hierbei um ein zentral zugängliches Gerät handeln muss. Daher
konnten technologische Möglichkeiten wie die Kontrolle über Arbeitsgeräte (Voice over Internet Protocol
VoIP Telefon, Arbeits-PC) zugunsten eines Displays am Raumeingang ausgeklammert werden. Dies hat
auch den Vorteil, dass Feedback über die Handlungen der NutzerInnen über das gleiche Medium wie
die Steuerung erfolgt.
Die Sensorik/Aktorik-Optionen werden für das Smart Campus Projekt in verschiedenen
Ausstattungsvarianten abgedeckt, die in weitere Folge bezüglich deren Lebenszykluskosten analysiert
werden. So wird zwischen einer Basisausstattung und 3 Erweiterungsstufen unterschieden. Die
Basisausstattung wird durch folgende Charakteristika definiert:
■ Sensorik: Temperatursensor, Tageslichtsensor, Wetterstation.
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■ Datenaufbereitung: Benötigte Information soll innerhalb der Gebäudeautomatisierung aufbereitet
werden.
■ Steuerungsparameter: Temperatur (Heizung, Kühlung), zu öffnende Fenster, Sonnenschutz.
■ Informationsaustausch: Wird über das Feldbussystem der GLT geführt. Das IT Netz wird nicht
beansprucht werden.
Aus den Handlungsmöglichkeiten ergeben sich für die Erweiterungsstufen zusätzliche Anforderungen an
die Sensorik durch einen Präsenzmelder und/oder Fensterkontakte. Weiters wird das Feedback-Medium
in der Maximalvariante um eine LED-Leiste ergänzt um die Reichweite zu vergrößern.
3.3 Auswirkungen des NutzerInnenverhaltens auf den Energieverbrauch
3.3.1 Randbedingungen der Nutzungsszenarien
Als Input für eine Lebenszykluskostenberechnung wurde eine thermische Gebäudesimulation
durchgeführt, durch welche der Energieverbrauch von sich verändernden NutzerInnenverhalten auf
Basis unterschiedlicher Gebäudefeedbacks dargestellt wurde.
Das Verhalten der NutzerInnen, das in sorglose (übersteuern viel), sorgsame (übersteuern kaum) und
normale (übersteuern mäßig) NutzerInnen eingeteilt werden kann, hängt mitunter von den Jahreszeiten
ab (Winter (Dezember-Februar), Übergangszeit (März-Mai und September-November), Sommer (Juni-
August)) und wurde demnach mit berücksichtigt.
Inputparameter für die Simulation:
■ Raumbeschreibung:
□ Die Simulation wurde von einem maßgeblich typischen, westorientierten 4-Achsbüro
durchgeführt.
□ öffenbare Fenster,
□ hinter Prallscheibe liegender Sonnenschutz,
□ Bauteilaktivierung & Deckensegelheizung und -kühlung,
□ mechanische Belüftung,
□ Stehleuchten.
■ Übersteuerungsmöglichkeiten für die NutzerInnen
□ Fenster öffnen / schließen
□ Sonnenschutz hinauf-/ herunterfahren
□ Heizung +1° / +2° übersteuern
□ Kühlung -1° / -2° übersteuern
■ NutzerInnenverhalten (NV):
□ sorgsame NutzerInnen – übersteuern kaum
□ NormalnutzerInnen – übersteuern regelmäßig, aber nicht übertrieben
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□ sorglose NutzerInnen – übersteuern kontinuierlich
□ NutzerInnen mit abgestimmter Übersteuerung (zwischen Sorgsamen und
NormalnutzerInnen)
□ NutzerInnen mit hoher Feedback Resistenz (zwischen NormalnutzerInnen und Sorglosen)
■ Die Varianten der Simulation:
□ Basisvariante: Sorgsamer NutzerInnentyp mit ganzjähriger mechanischer Belüftung
□ NV 1: NormalnutzerInnen mit ganzjähriger mechanischer Belüftung
□ NV 2: Sorgloser NutzerInnentyp mit ganzjähriger mechanischer Belüftung
□ NV 3: Sorgsame NutzerInnentyp mit ausgeschalteter Lüftung während der Übergangszeit
□ NV 4: NormalnutzerInnen mit ausgeschalteter Lüftung während der Übergangszeit
□ NV 5: Sorgloser NutzerInnentyp mit ausgeschalteter Lüftung während der Übergangszeit
Es wurde bei den ersten Varianten angenommen, dass eine ganzjährige Belüftung dann
notwendig sein wird, wenn die NutzerInnen kein Feedback bekommen (aufgrund fehlender
Ausstattung) um selbständig zu lüften. Mit dem Einsatz eines Feedbacksystems ist es aber
möglich in der Übergangszeit die mechanische Belüftung abzuschalten, da den MitarbeiterInnen
mitgeteilt werden kann, dass sie an diesen Tagen selbst für die Belüftung ihrer Räume zuständig
sind.
Ergebnis der Simulation:
Abbildung 5 zeigt, dass das NutzerInnenverhalten immense Auswirkungen auf den Energiebedarf hat.
Besonders auffallend in Abbildung 5 ist, dass der Energieverbrauch beim Extremnutzer (NV 2 und NV 5)
besonders im Winter sehr hoch ist, wo ein langes Lüften einen massiven Wärmeverlust bedeutet. Der
Kühlbedarf jedoch ist nicht so eklatant, da das Kühlsystem an die Grenzen stößt und nicht mehr Energie
verbrauchen kann. Jedoch ist dazu anzumerken, dass es hier zwar keine immensen
Kühlenergiesteigerungen gab, aber der angestrebte Komfort im Sommer auch nicht mehr erreicht wurde.
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E n e rg i e ve r b ra u c h u n t e rs c h .
N u t ze r I n n e nve r h a l te n s i n k W h / m ² a
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Basis
NV1
NV2
NV3
NV4
NV5
Heizung Kühlung Lüftung Summe
Abbildung 5: Energieverbrauch abhängig vom NutzerInnenverhalten
3.4 Lebenszykluskostenberechnung
3.4.1 Kostenerhebung
Mit Hilfe der Projektpartner wurden für die in den Varianten angegebenen Technologien die Investitions-
und Betriebskosten erhoben. Zu den Investitionskosten zählen dabei auch die Montage- und
Verkabelungskosten. Zu den Betriebskosten zählen Wartungs- und Instandsetzungskosten sowie
Kosten für Energieaufnahme und Zeitprofil der anfallenden Kosten der einzelnen Komponenten.
Es wurden nur die Kosten für Visualisierung, MSR etc. eingerechnet, nicht die Kosten der
Grundausstattung der Haustechnik, die für sämtliche Varianten gleich sind. Dies gilt sowohl für
Investitions-, Betriebs- als auch für Energiekosten.
Ausstattungsvarianten für Lebenszykluskostenberechnung
Im Folgenden werden nur die Hauptelemente erläutert, die für das Feedback eingesetzt werden. In der
Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. ist die volle Ausstattung inkl. dafür
notwendiger Sensoren und Programmierung zu sehen.
■ Basisvariante:
Die Basisvariante stellt die Ausgangssituation dar, welche nur mit geringem technischen bzw.
dem normalerweise üblichen Ausstattungsstandard versehen ist. Es sind keine Installationen zur
Feedbackgabe vorhanden, die Lüftung ist ganzjährig in Betrieb. Als Raumbediengerät wird ein
üblicherweise gebräuchliches Fabrikat eingesetzt, mit welchem die Raumtemperatur und
Verschattung geregelt werden kann.
■ 01: Panel und Fensterkontakte
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In dieser Variante gibt es zusätzlich Fensterkontakte und es wird ein Panel eingesetzt, welches
Infos gibt, wann die Fenster (in Abhängigkeit der Raumtemperatur) bzw. die Verschattung zu
schließen/öffnen sind. Weiters kann damit die Raumtemperatur geregelt werden. Die Lüftung
wird hier in der Übergangszeit nicht ausgeschaltet, ist also wie in der Basisvariante ebenfalls
ganzjährig in Betrieb.
■ 02: Präsenzmelder
In dieser Variante wird zusätzlich zu den in Variante 01 vorhandenen Installationen die Lüftung in
der Übergangszeit (also von März bis Mai und von September bis November) deaktiviert. In
dieser Zeit wird in Abhängigkeit der Raumtemperatur mittels Feedbackgabe über das Panel über
die Fenster gelüftet. Weiters ist ein Präsenzmelder vorhanden, welcher für die Deaktivierung der
Zusatzheizung und -kühlung in Abhängigkeit der Anwesenheit zuständig ist.
■ 03: LED
Zu den in Variante 02 vorhandenen Installationen wird eine Visualisierung des Handlungsbedarfs
mittels LED-Anzeige eingesetzt. Der Präsenzsensor entfällt hier.
■ 04: Vollausstattung
Diese Variante ist mit der gleichen Ausstattung versehen wie Variante 03. Zusätzlich jedoch noch
mit Präsenzsensoren ausgestattet.
VARIANTE Basis 01 02 03 04
kein
Beschreibung Feedback
Feedback
Präsenzsensor inkl.
Programmierkosten für
□ □ ■ □ ■
Zusatzheizung/-kühlung
inkl. Montage
Programmierkosten für
□ □ ■ ■ ■
Deaktivierung Lüftung
Fensterkontakte inkl.
□ ■ ■ ■ ■
Montage
Temperaturfühler für
■ □ □ □ □
Basisvariante
Programmierung für
□ ■ ■ ■ ■
Panel
Panel B inkl. Montage □ ■ ■ ■ ■
Raumbediengerät inkl.
■ □ □ □ □
Montage
Temperaturfühler für
□ ■ ■ ■ ■
Panel A
LED-Anzeige (Kosten
□ □ □ ■ ■
Option b) inkl. Montage
Software für LED □ □ □ ■ ■
Legende ■ vorhanden, □ nicht vorhanden
Tabelle 1: Ausstattungsvarianten von Steuerungs- und Feedbacksystemen (Quelle: e7 Energie Markt
Analyse GmbH)
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Jeder Ausstattungsvariante wurde ein NutzerInnenmix aus unterschiedlichen NutzerInnentypen
zugeteilt. Dabei wurde angenommen, dass bei keinem Feedback mehr Normalnutzer und Sorglose
vorhanden sind und sich dies mit zunehmendem Feedback anteilsmäßig zu sorgsamen NutzerInnen
verschiebt.
3.4.2 Ergebnis des Variantenvergleichs
Die Ergebnisse der LZK-Berechnung sind in Abbildung 6 dargestellt. Als Betrachtungsperiode für die
Lebenszykluskostenberechnung wurden 30 Jahre gewählt.
8.000
Investkosten Lebenszykluskosten über 30 Jahre
7.000
6.000
EURO / 30 Jahre und Raum
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0
Basis 01 02 03 04
Abbildung 6: Ergebnisse der LZK-Berechnung
Die Ergebnisse sind jeweils für einen Raum und für 30 Jahre dargestellt.
Es ist deutlich erkennbar, dass für zusätzliche Maßnahmen zur Einbeziehung der NutzerInnen mit
zusätzlichen Investitionskosten zu rechnen ist. Gleichzeitig veranschaulicht die Grafik, dass bei allen
Varianten mit zusätzlichen Maßnahmen die Lebenszykluskosten über einen Betrachtungszeitraum von
30 Jahre geringer sind als die Basisvariante. Dies ist durch die sinkenden Energiekosten durch die
zusätzlichen Technologien zu erklären.
3.5 Entscheidung des Bauherren
Die Bauherrin stellte folgende wesentliche Anforderungen an den Planungsprozess und an das zu
errichtende Gebäude:
■ Entscheidungen der Bauherrin basieren auf den Auswirkungen in den Lebenszykluskosten, nicht
alleinig in den Errichtungskosten;
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■ Die Bauherrin setzt sich das Ziel, ein Vorzeigeobjekt zum sparsamen Umgang mit Energie sowie
des Einsatzes erneuerbarer Energieträger zu realisieren;
■ Das Themengebiet Energieeinsatz im Gebäude darf nicht zu Lasten der MitarbeiterInnen gehen.
Im Gegenteil: Die MitarbeiterInnen sollen aktiv in die Nutzung des Gebäudes und des dafür
erforderlichen Energieverbrauchs eingebunden werden. Energieeinsparungen dürfen nicht zu
Lasten des Benutzungskomforts für MitarbeiterInnen gehen.
Diese Grundsätze wurden von der Bauherrin in den Entscheidungen über den Einsatz einer
nutzerInnenzentrierten Gebäudeautomation eingehalten. Auf Basis der Ergebnisse der
NutzerInnenbefragung, der Energie- und Technologieanalysen und der daraus resultierenden
Lebenszykluskosten verschiedener Varianten wurde die für die Bauherrin optimale Lösung festgelegt.
Details dieser Lösung sind im Abschnitt 3.6.3 Lastenheft enthalten.
Nach Vorlage der NutzerInnenbefragung, der Technologieanalyse und der Lebenszykluskosten
entschied sich die Bauherrin für Variante 4 der Lebenszykluskostenanalyse, d.h. mit Präsenzmelder und
Fensterkontakte für Heizung und Kühlung, mit Steuerungspanel im Zimmer, mit Temperaturfühler, mit
LED Anzeige und zusätzlichen Programmierungen für die Haustechnik. Diese Variante ist in die
Lebenszykluskosten günstiger als die Basisvarianten, weist jedoch nicht die geringsten
Lebenszykluskosten auf.
Aufgrund der Ergebnisse der NutzerInnenbefragung und der verbesserten Einbindung der NutzerInnen
durch zusätzliche technische Möglichkeiten in Variante 4 sowie der angemessenen Mehrkosten fiel die
Wahl auf diese Lösung. Mit der Vorgabe, ein smartes Gebäude zu errichten, war die Richtung
hinsichtlich zusätzlicher Ausstattungen im Bereich MSR vorgegeben. Die Lebenszykluskostenanalyse
hat die Sicherheit gegeben, dass dieser Weg langfristig zu keinen Mehrkosten führen wird.
3.6 Integration in den Planungsprozess
3.6.1 Vorstellung des Forschungsprojektes im Planungsverlauf
Die Integration des Konzepts zur nutzerInnenzentrierten Gebäudeautomation in den Planungsprozess –
im konkreten Fall im Rahmen der Erarbeitung in einem Forschungsprojekts – erfolgte nach den
folgenden Schritten.
■ Vorentwurf: Zu Beginn der Planungsphase (Vorentwurf) wurden dem Planungsteam die Ziele
des Forschungsprojektes erläutert. Damit sollte das Planungsteam den Nutzen für den späteren
Gebäudebetrieb und die Auswirkungen auf die Planung erkennen können. In der
Vorentwurfsphase wurden erste grundsätzliche Ideen zur Umsetzung des Konzeptes entwickelt
und mögliche Auswirkungen auf die weitere Planung definiert.
Am Ende der Vorentwurfsplanung wurden erste konkrete Lösungsideen vorgelegt. Dabei wurde
der Fokus auf die Vorgaben für ein MSR Konzept gelegt, das die nutzerInnenzentrierten
Gebäudeautomation abbilden kann.
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■ Entwurf: in der Entwurfsphase wurden detaillierte Analysen durchgeführt: Thermische
Gebäudesimulation, Konkretisierung des Konzepts zur nutzerInnenzentrierten
Gebäudeautomation mit spezifischen Technologiekomponenten, Ermittlung der
Lebenszykluskosten und Aufbereitung der Entscheidungsunterlagen für die Bauherrin. Nach der
Entscheidung der Bauherrin wurde das Konzept in die Entwurfsausarbeitung integriert. Davon
waren in diesem Fall folgende Positionen im Leistungsverzeichnis betroffen: Innenausbau und
Reversibilität, MSR, zentrale und dezentrale Anzeigen im Foyer und in den Teeküchen,
abgestimmtes NutzerInnenfeedback- und Zählerkonzept.
■ Ausführungsvorbereitung: Erstellung eines funktionalen Lastenhefts als Basis für die
konstruktive Ausschreibung der FachplanerInnen im Projekt, Klärung der letzten Fragen zur
Funktion des Systems und Anforderungen der NutzerInnen, Umfrage unter den MitarbeiterInnen
als Bestätigung und zum abschließenden Feinschliff.
3.6.2 Durchführung der Simulation durch Simulationsingenieure
Die Auswirkungen verschiedener Konzepte zur nutzerInnenzentrierten Gebäudeautomation können
unter Berücksichtigung des vorliegenden Gebäudekonzeptes nur mit einer dynamischen Simulation des
thermisch-energetischen Verhaltens durchgeführt werden. Im konkreten Fall sind – unabhängig vom
Forschungsprojekt – dynamische Simulationen eingeplant, um den Energiehaushalt des Gebäudes zu
prognostizieren und das thermisch-energetische Gebäudekonzept zu optimieren. Diese Simulation
wurde mit den Anforderungen des Forschungsprojektes abgestimmt, d.h. es wurden zusätzliche
Simulationsvarianten am gleichen Raummodell definiert, um Aussagen über die Auswirkungen der
Varianten zur nutzerInnenzentrierten Gebäudeautomation treffen zu können. Die Ergebnisse für die
Einzelräume wurden auf das gesamte Gebäude hochgerechnet und als Energiekosten in die
Berechnung der Lebenszykluskosten integriert.
3.6.3 Erstellung des Lastenheftes
Teil 1: Informationsarchitektur:
In diesem Abschnitt wird auf Basis der bisherigen Ergebnisse aus der Planung, der
NutzerInnenbefragung, der Technologieanalyse und der Lebenszykluskostenanalyse eine
Informationsarchitektur abgeleitet. Diese dient als Grundlage für die weitere Umsetzung der
Schnittstellen zwischen MitarbeiterInnen und Gebäude.
Im Informationsarchitektur-Konzept werden folgende Punkte festgelegt:
■ Lage und Verortung des Feedbacks (im Fall des Smart Campus im Büro neben der Tür)
■ Feedback-Kanäle und -Devices (in diesem Fall: Steuer-Panel, Ambient-Feedback über eine LED-
Leiste)
■ Verwendung von Gestaltungsmitteln (z.B. Text, Bild, Ton, Hintergrundfarbe,
Beleuchtung/Lichtfarben)
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■ Verhalten des Feedback-Systems in den definierten Feedback-Fällen und Ablauf der
NutzerInnen-Interaktion
■ Konkrete Gestaltung des Feedback-Systems (konzeptionelles Screen-Design)
Das Verhalten des Feedback-Systems wird für jeden definierten Feedback-Fall festgelegt. Die
Beschreibung enthält außerdem allgemeine Regeln für die Interaktion zwischen NutzerInnen und
System, beispielsweise was passiert, wenn NutzerInnen richtig auf die Feedback-Meldungen reagieren?
Was geschieht, wenn sie nicht reagieren? Wie soll sich das System verhalten, wenn der Raum leer ist?
Was geschieht, wenn die Bedingungen für das Feedback nicht mehr zutreffen? Das Verhalten für einen
konkreten Feedback-Fall wurde beispielsweise folgendermaßen definiert:
Fall 6: Bei starker Sonneneinstrahlung in der Kühlperiode: Außenrollo schließen, um Aufheizen des
Raums zu verhindern
■ Feedback-Bedingungen: Rollo geöffnet, gewisse Temperaturdifferenz (Lüftung ein oder aus,
abhängig von Temperaturdifferenz und Sonneneinstrahlung)
■ Sofort, ohne Verzögerung: Feedback Stufe Gelb wird angezeigt
■ Wenn NutzerInnen innerhalb von 5 Minuten ab Anzeige des Feedbacks nicht laut Anweisung
reagieren: Feedback Stufe Rot setzt ein
■ Automatisches Schließen nach 120 min.
Die Gestaltung des Feedback-Systems wird in Form von konzeptionellen Screen-Designs und
beispielhaften grafischen Designs definiert. Insbesondere werden die einzelnen Seitentypen und die
Feedback-Meldungen gestaltet (siehe Abbildung 7 und Abbildung 8).
Abbildung 7: Seitentypen (konzeptionelles Design, kein grafischer Vorschlag) (Quelle: CURE)
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Abbildung 8: Beispielhafte Ausarbeitung des NutzerInnen-Feedbacks am Beispiel der Übersichtsseite und
einer Meldung mit direkter Steuerung (Quelle: CURE)
Teil 2: Technische Anforderungen:
Teil 2 behandelt die Art der technischen Lösung und beschreibt konkret die Schnittstellen zu anderen
Gewerken wie beispielsweise Mess-, Steuer- und Regelungstechnik, welche in der Planungsphase
bereits fixiert wurden. Der/Die ausführende Elektro- oder SteuerungstechnikerIn kann sich somit ein
gutes Bild machen, wie und wo andere steuerungstechnische Systeme angebunden werden müssen,
um den Informationsfluss zwischen den einzelnen Steuerungstechnologien gewährleisten zu können.
Weiters ist festgelegt, wie sich Lösung technisch verhalten soll, um sicherzustellen, dass die
NutzerInnenfreundlichkeit im Betrieb gegeben ist.
Folgende Inhalte sind im Abschnitt technische Anforderungen enthalten:
■ Funktionsbeschreibung Gesamtsystem: Ausformulierte, technische und gewerkübergreifende
Beschreibung der nutzerInnenzentrierten Gebäudeautomation;
■ Technologische Rahmenbedingungen und Topologieangaben;
■ Bauseits beigestellte Hardware, die ein- und angebunden werden soll: Kurzbeschreibung der
Komponenten und wozu diese verwendet werden sollen (z.B. Präsenzmelder für
Aktivierung/Deaktivierung der Feedbacklösung);
■ Funktionsbeschreibung Softwarelösung: Beschreibung, welche Parameter vorhanden sein
müssen und deren Auswirkungen. Ebenso werden das „Wirken“ der einzelnen Informationen und
deren Interpretation festgelegt.
Unterstützend zu den Beschreibungen werden Tabellen und Übersichten genutzt. Die Anweisungsmatrix
(Abbildung 9) stellt tabellarisch dar, welche Bedingungen erfüllt / nicht erfüllt sein müssen bzw. dürfen,
damit eine entsprechende Handlungsempfehlung an den/die NutzerIn abgesetzt wird. Eine derartige
Darstellung ist empfehlenswert, um eine kompakte Übersicht des Zusammenwirkens von Ursache und
Wirkung zu erhalten.
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Abbildung 9: Anweisungsmatrix im Smart Campus (Quelle: Stiwa Group)
Eine Übersicht der Handlungsempfehlungen (Abbildung 10) unterstützt den/die TechnikerIn bei der
Ausarbeitung der Lösung. Es ist klar zu erkennen, welche Meldungen beim/bei der NutzerIn ankommen
sollen und wie diese umzusetzen sind.
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Abbildung 10: Übersicht über die Feedbackmeldungen (Quelle: Stiwa Group)
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4 Ergebnisse und Schlussfolgerungen
Ein zentrales Element des Forschungsprojektes war die MitarbeiterInnenbefragung der künftigen
NutzerInnen des SmartCampus. In den Interviews wurden die Bedürfnisse der MitarbeiterInnen
hinsichtlich der Gebäudeparameter (Temperatur, Lüftung, Beleuchtung, Stromversorgung) und deren
Wünsche für die Beeinflussung dieser erfragt. Die primäre Erkenntnis daraus war, dass die NutzerInnen
durchaus Interesse an der Mitwirkung der Energieeffizienz im Gebäude haben, aber deshalb nicht auf ihr
eigenes Steuerverhalten verzichten wollen. Ein dezentes Feedback des Gebäudes mit konkreten
Handlungsanweisungen, sollten sie sich nicht energieeffizient verhalten, würde sie jedoch motivieren,
richtig zu handeln.
Im Zuge einer Expertenanalyse inwieweit das NutzerInnenverhalten Einfluss auf den Energieverbrauch
hat, wurde jedoch erkannt, dass es für die NutzerInnen selbst schwierig ist, alle ihre Bedürfnisse
gleichzeitig zu befriedigen. Es wurden Szenarien der NutzerInnensteuerung bzw. unterschiedliche
NutzerInnentypen (von Sorgsamen bis Sorglosen) entwickelt. In einer thermischen Gebäudesimulation
wurden die Auswirkungen des NutzerInnenverhaltens objektiv untersucht. Die Simulation zeigt, dass
sorgloses NutzerInnenverhalten immense Auswirkungen auf den Energiebedarf hat. Dies konnte
besonders für die Heizperiode gesehen werden, wenn NutzerInnen häufig lüften. Da die Simulation auf
der konkreten Haustechnik-Ausstattung des Smart Campus basierte, konnten in der Kühlperiode nicht
die gleichen Effekte gesehen werden, da das Haustechniksystem an seine Grenzen stieß. Jedoch ist
dazu anzumerken, dass es hier zwar keine immensen Kühlenergiesteigerungen gab, aber der
angestrebte Komfort im Sommer auch nicht mehr erreicht wurde.
Die Technologieanalyse in AP3 führte zu einem Überblick über vorhandene, zuverlässige Technologien
für die Raumsteuerung, die Messung und die Visualisierung. Damit sollte gewährleistet werden, dass
jene Ausstattungsvarianten, die den Bedürfnissen der NutzerInnen entsprechen und die Energieeffizienz
fördern, auch vorhanden und wirtschaftlich sind. Den Ausstattungsvarianten wurden jeweils ein Mix
unterschiedlicher NutzerInnentypen zugeordnet um abzubilden, dass z.B. Feedbacksysteme positive
Auswirkungen auf energieeffizientes NutzerInnenverhalten haben.
Für die einzelnen Ausstattungsvarianten wurden auch Investitions-, Wartungs- und
Instandhaltungskosten, die Lebensdauern und der Eigenenergieverbrauch der einzelnen Technologien
erhoben. Mit diesen gesammelten Inputparametern konnte mittels Lebenszykluskostenanalyse ein
wirtschaftlicher Vergleich der unterschiedlichen Ausstattungsvarianten durchgeführt werden. Das
Ergebnis zeigte, dass sich die wesentlich teurere Vollausstattung inkl. Feedback durch ein
energieeffizienteres Verhalten innerhalb des Betrachtungszeitraums von 30 Jahren in jedem Fall
rechnet.
Da das Ergebnis hier eindeutig war, entschied sich die Bauherrin, die Wien Energie Stromnetzt GmbH,
die Vollausstattung in die Planung zu integrieren.
Eine wesentliche Erkenntnis bei der Integration in den Planungsprozess war, dass es wichtig ist, auch
schon vor konkreten Ergebnissen der unterschiedlichen Analysen, das Projekt frühzeitig dem
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Planungsteam bekannt zu machen. So konnten die PlanerInnen die Ausstattungsanforderungen schon
frühzeitig berücksichtigen.
5 Ausblick und Empfehlungen
Als Ausblick kann gesagt werden, dass die im Forschungsprojekt gewählte Vorgehensweise dazu
geführt hat, dass die Bauherrin, die Wien Energie Stromnetzt GmbH, ein einzigartiges System in ihrer
Unternehmenszentrale zum Einsatz bringt, das die NutzerInnen motiviert energiesparend im
Unternehmen zu handeln, aber diese nicht bevormundet. Durch die groß angelegte
NutzerInnenbefragung kann auch sichergestellt werden, dass die MitarbeiterInnen hinter dem künftigen
System stehen.
Zum Zeitpunkt des Projektabschlusses ist die Ausschreibung zur Errichtung des Smart Campus am
Laufen. Der Baubeginn ist für April 2014 geplant, die Fertigstellung und der Bezug der Immobilie ab dem
ersten Quartal 2016. Nach einer gewissen Einregulierungsphase ist eine NutzerInnenbefragung
vorgesehen, die die Zufriedenheit im neuen Gebäude und mit dem installierten System erheben soll.
Für interessierte Bauherren muss gesagt werden, dass die gewählte Vorgangsweise sich bewährt hat,
jedoch der Aufwand den gesamten Prozess durchzuführen – von der NutzerInnenbefragung bis zur
Lebenszykluskostenanalyse – hoch ist und voraussichtlich nur bei Großprojekten möglich ist. Es ist
jedoch anzunehmen, dass die Ergebnisse aus der Nutzerbefragung und der Analyse der Nutzertypen
besonders für Büroimmobilien, wenn auch nicht unreflektiert, übernommen werden können. NutzerInnen
anderer Unternehmen können ggf. ganz andere Bedürfnisse haben, als jene der Wien Energie
Stromnetz GmbH. Dennoch kann die Größe der Umfrage als repräsentativ genannt werden und es ist zu
erwarten, dass auch bei vielen anderen Unternehmen ähnliche Ergebnisse heraus kommen. Die
Ergebnisse der Lebenszykluskostenanalyse hängen jedoch sehr stark von den spezifischen
Komponenten des Mess-, Steuerungs- und Feedbacksystems ab und müssen für jedes Projekt
gesondert durchgeführt werden um eine aussagekräftige Entscheidungsgrundlage für den Bauherren zu
bilden.
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